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1、 电力电子模块化实验指导书 Rev1.Rev1.0 0 北京启迪时代科技有限公司北京启迪时代科技有限公司 目目 录录 电力电子实验基本注意事项 . 1 实验一 直流斩波电路的性能研究 . 2 1. 实验目的 2 2. 实验项目 2 3. 实验原理 2 3.1 实验原理图 2 4. 实验步骤及方法 3 4.1 降压型（Buck）斩波电路性能研究 4 4.2 升压型（Boost）斩波电路性能研究 4 4.3 升降压型（Buck-Boost）斩波电路性能研究 4 5. 实验报告 5 实验二 单相交直交变频电路的性能研究 . 6 1. 实验目的 6 2. 实验项目 6 3. 实验原理 7 3.1 实验
2、原理图 7 4. 实验步骤及方法 7 4.1 单相半桥逆变电路的性能研究 . 8 4.2 单相全桥逆变电路的性能研究 . 8 5. 实验报告 9 实验三 三相交直交变频电路的性能研究 . 10 1. 实验目的 10 2. 实验项目 10 3. 实验原理 10 3.1 实验原理图 10 4. 实验步骤及方法 11 4.1 三相全桥逆变电路的性能研究 . 11 5. 实验报告 11 实验四 半桥型开关稳压电源的性能研究 . 12 1. 实验目的 12 2. 实验项目 12 3. 实验原理 13 3.1 实验原理图 13 4. 实验步骤及方法 13 4.1 半桥型开关稳压电源的性能研究 13 5.
3、实验报告 14 I ? buck ? 电力电子电力电子实验基本注意事项实验基本注意事项 1，实验人员在实验前应认真阅读实验设备说明书以及实验指导书，严格按 照实验指导书中的操作方式进行实验。 2，闭合以及断开可调电源时，应首先将可调电源输出值置于最小输出。 3，实验人员在完成一项实验后，应先将实验台断电，再改变系统连接，进 行下一项实验。 4，实验人员在更换保险管时，须断电操作。 5，实验人员须按照实验设备说明书或实验指导书中描述的操作顺序对实验 设备进行上电、断电操作。 1 实验一实验一 直流斩波电路的性能研究直流斩波电路的性能研究 实验组件列表 序号 设备编号 设备名称 数量 1 eEEP
4、m-02-01 PWM 控制模块 1 2 eEEPm-03-01 IGBT 半桥模块 1 3 eEEPm-06-01 续流二极管模块 1 4 eEEPm-08-01 电感模块 1 5 电容模块 1 6 电阻负载 1 7 24V 直流电源 1 8 15V 直流电源 1. 实验目的实验目的 1熟悉降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理。 2掌握这两种基本轿波电路的工作状态及波形情况。 2. 实验项目实验项目 1降压型（Buck）斩波电路性能研究。 2. 升压型（Boost）斩波电路性能研究。 3. 升降压型（Buck-Boost）斩波电路性能研究。 3. 实验实验原理原理 3.1 实验原理图 15V
5、 R L D V1 PWM 控制模块 2 图 1-1 降压型（Buck）斩波电路 L 15V R D C V PWM 控制模块 图 1-2 升压型（Boost）斩波电路 15V LR D C V PWM 控制模块 图 1-3 升降压型（Buck-Boost）斩波电路 4. 实验步骤实验步骤及方法及方法 1. 熟悉各个模块的功能，检査控制电路和主电路的电源开关是否为关闭状态。 2. 按照实验原理图进行接线。 3. 对 PWM 控制模块依次进行如下设置： a 调节“幅值调节”旋钮，向左旋转至最小。 b“控制方式”开关拨为开环。 c“载波频率”设置为 20K。 d“输出模式”开关拨为模式 1。 4.
6、 打开底柜 24V 和 15V 电源，将 PWM 控制模块的开关拨为 ON，用示波器分别观 察载波（三角波）和 PWM 信号的波形，记录其波形、频率和幅值。调节“幅 值调节”旋钮，观察 PWM 信号的变化情况。 5. 斩波电路的输入直流电压 Ui 由底柜的可调直流源给出，观察 Ui 波形，记录 其平均值。 3 6. 斩波电路的主电路包括降压斩波电路和升压斩波电路和升降压斩波电路，分 别如图 1-1，1-2，1-3 所示，电路中使用的器件为 IGBT 半桥模块, 注意观察 型号、外形等。 4.1 降压型（Buck）斩波电路性能研究 1. 按图 1-1 电路接线，具体接线图可参考eEEP2000
7、电力电子实训实验装置说 明书 。接线完成后进行检查。 2. 接通主电路和控制电路的电源。调节“幅值调节”旋钮，改变 PWM 波的占空 比，观测 PWM 信号的波形、IGBT 的栅源极电压波形、输出电压 Uo波形、输出 电流 Io 的波形，分别记录几组 PWM 信号占空比, Ui、Uo的平均值。 3. 改变负载 R 的值，重复上述内容。 表 1-1 降压斩波电路实验数据 Ui Uo 4.2 升压型（Boost）斩波电路性能研究 1.升压斩波主电路实验，按图 1-2 电路接线，具体接线图可参考eEEP2000 电 力电子实训实验装置说明书 。接线完成后进行检查。 2.接通主电路和控制电路的电源。
8、调节 “幅值调节” 旋钮， 改变 PWM 波的占空比， 观测 PWM 信号的波形、IGBT 的栅源极电压波形、输出电压 uo 波形、输出电流 io 的波形，分别记录几组 PWM 信号占空比 a, ui、uo 的平均值。 3.改变负载 R 的值，重复上述内容。 表 1-2 升压斩波电路实验数据 Ui Uo 4.3 升降压型（Buck-Boost）斩波电路性能研究 1.升降压斩波主电路实验，按图 1-3 电路接线，具体接线图可参考eEEP2000 电力电子实训实验装置说明书 。接线完成后进行检查。 2.接通主电路和控制电路的电源。 调节 “幅值调节” 旋钮， 改变 PWM 波的占空比， 观测 PW
9、M 信号的波形、IGBT 的栅源极电压波形、输出电压 uo 波形、输出电流 io 的波形，分别记录几组 PWM 信号占空比 a, ui、uo 的平均值。 4 3.接改变负载 R 的值，重复上述内容。 表 1-3 升降压斩波电路实验数据 Ui Uo 5. 实验报告实验报告 1，分析图 d 中产生 PWM 信号的原理。 2，绘制降压斩波电路的 Ui/Uo-a 曲线，与理论分析结果逬行比较, 并讨论 产生差异的原因 3，绘制升压斩波电路的 Ui/Uo-a 曲线，与理论分析结果逬行比较, 并讨论 产生差异的原因。 4，绘制升降压斩波电路的 Ui/Uo-a 曲线，与理论分析结果逬行比较, 并讨 论产生差
10、异的原因。 5 实验实验二二 单相交直交变频电路的性能研究单相交直交变频电路的性能研究 实验组件列表 序号 设备编号 设备名称 数量 1 eEEPm-01-01 SPWM 控制模块 1 2 eEEPm-03-01 IGBT 半桥模块 1 3 eEEPm-05-01 整流滤波模块 1 4 eEEPm-05-02 整流滤波模块 1 5 eEEPm-10-01 单相滤波模块 1 6 电阻负载 1 7 电感负载 1 8 24V 直流电源 1 9 50V 交流电源 1 1. 实验目的实验目的 1 熟悉单相交直交变頻电路的组成。 2 熟悉其中的单相桥式 PWM 逆变电路中各元器件的作用、工作原理。 3 对
11、单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工怍情况及其波 形进行分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 2. 实验项目实验项目 1. 单相半桥逆变电路的性能研究。 2. 单相全桥逆变电路的性能研究。 6 3. 实验实验原理原理 3.1 实验原理图 an L1 C1 C2 F D1 D2 D3 D4 V1 V2 R2 L3 L2 C4 R1 C3 SPWM 控制模块 RV 图 2-1 单相半桥逆变电路 an L1 R2 L3 F D1 D2 D3 D4 V1 V2 V3 V4 R1 C3 L2 C4 C1 SPWM 控制模块 RV 图 2-2 单相全桥逆变电路 4. 实验实验步骤及步骤及
12、方法方法 1. 熟悉各个模块的功能，检査控制电路和主电路的电源开关是否为关闭状态。 2. 按照实验原理图进行接线。 3. 对 SPWM 控制模块进行如下设置： a 调节“调制波频率”旋钮，向左旋转至最小。 b 调节“载波频率”旋钮，向右旋转至最大。 4. 打开底柜 24V 直流源和将可变交流输出调至 50V，将 SPWM 控制模块的开关拨 为 ON，用示波器分别观察调制波，载波（三角波）和 PWM 信号的波形，记录 其波形、频率和幅值。 7 4.1 单相半桥逆变电路的性能研究 1. 按图 2-1 电路接线，具体接线图可参考eEEP2000 电力电子实训实验装置说 明书 。接线完成后进行检查。
13、2. 先打开控制电路电源，暂不接通主电路的交流电源。 3. 观察正弦波发生电路输出的正弦信号U，V，W 波形，测试其频率可调范 围。 4. 观察载波（三角波）的波形，测出其频率，并观察正弦波与载波的对应关系。 5. 观察对 V1 进行控制的 PWM 信号（SPWM 控制模块中的 PWM1）和对 V2 进行控制 的 PWM 信号（SPWM 控制模块中的 PWM2)，并分别观测施加于 V1V2 的栅极与 发射极间的驱动信号，判断驱动信号是否正常。在主电路不接通电源的情况 下，对比 V1 和 V2 的驱动信号，仔细观测上、下两管驱动信号之间的互锁延 迟时间。 6. 接通主电路的交流电源。观察主电路的
14、中整流后的直流电压 Ud 的波形，并测 量其平均值。 7. 当负载为电阻时（100 欧500 欧） ，观测负载电压的波形，记录其波形、幅 值、频率。在调制波的频率可调范围内，改变其频率值，记录相应的负载电 压波形、幅值和频率。 8. 当负载为电阻电感时（100 欧500 欧，300mH） ，观测负载电压和负载电流的 波形，记录他们的波形、幅值、频率。在调制波的频率可调范围内，改变其 频率值，记录相应的负载电压和负载电流的波形、幅值和频率。 4.2 单相全桥逆变电路的性能研究 1. 按图 2-2 电路接线，具体接线图可参考eEEP2000 电力电子实训实验装置说 明书 。接线完成后进行检查。 2
15、. 先打开控制电路电源，暂不接通主电路的交流电源。 3. 观察正弦波发生电路输出的正弦信号U，V，W 波形，测试其频率可调范 围。 4. 观察载波（三角波）的波形，测出其频率，并观察正弦波与载波的对应关系。 5. 观察对 V1、V4 进行控制的 PWM 信号（SPWM 控制模块中的 PWM1）和对 V2、V3 进行控制的 PWM 信号（SPWM 控制模块中的 PWM1)，并分别观测施加于 V1V4 的栅极与发射极间的驱动信号，判断驱动信号是否正常。在主电路不接通电 源的情况下，对比 V1 和 V2 的驱动信号，V3 和 V4 的驱动信号，仔细观测同一 相上、下两管驱动信号之间的互锁延迟时间。
16、6. 接通主电路的交流电源。观察主电路的中整流后的直流电压 Ud 的波形，并测 量其平均值。 7. 当负载为电阻时（100 欧500 欧） ，观测负载电压的波形，记录其波形、幅 值、频率。在调制波的频率可调范围内，改变其频率值，记录相应的负载电 压波形、幅值和频率。 8. 当负载为电阻电感时（100 欧500 欧，300mH） ，观测负载电压和负载电流的 波形，记录他们的波形、幅值、频率。在调制波的频率可调范围内，改变其 频率值，记录相应的负载电压和负载电流的波形、幅值和频率。 8 5. 实验报告实验报告 1，绘制完整的实验电路原理图。 2，电阻负载时，列出数据和波形，并进行讨论分析。 3，电阻电感负载时，列出数据和波形，并进行讨论分析。 4，分析说明实验电路中的 PWM 控制是采用单极性方式还是双极性方式。 5，分析说明实验电路中的 PWM 控制是采用同歩调制还是异步调制。 6，为使输出波形尽可能地接近正弦波，可以采取什么措施？ 9
